專利名稱：會切磁場約束icp增強電離的非平衡磁控濺射薄膜沉積裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于非平衡磁控濺射薄膜沉積技術領域，涉及一種會切磁場約束電感
耦合射頻等離子體(ICP)增強電離的非平衡磁控濺射薄膜沉積裝置。
背景技術：
等離子體薄膜沉積是一個被廣泛開展的研究領域，而且得到越來越廣泛的 應用，可以應用于制備光學膜、導電膜、磁性膜、絕緣膜、過濾膜、硬質膜等， 產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟與社會效益。等離子體薄膜技術中都是采用低溫等離子體技 術，低溫等離子體的溫度通常為室溫，而電子具有很高的能量與溫度，所以可 以在常規(guī)環(huán)境下進行超常規(guī)的物理轉變與化學反應，這就為等離子體薄膜制備
提供了可靠的條件。等離子體薄膜制備一般分為兩大類等離子體物理氣相沉 積與等離子體化學氣相沉積，而等離子體物理氣相沉積又有磁控濺射沉積、分 子束外延生長、離子束濺射沉積、離子束輔助沉積等。其中磁控濺射沉積是應 用最廣泛的技術，這主要是因為其技術簡單，操作方便，而且適用性比較強。 為了采用磁控濺射沉積各種薄膜，這種技術又被發(fā)展成直流磁控濺射、射頻磁 控濺射、脈沖磁控濺射，可以分別制備導電性薄膜與絕緣性薄膜。
在磁控濺射薄膜制備技術中，如何提高放電等離子體密度并進而提高濺射 產(chǎn)物的電離度與到達樣品臺的離子原子到達比以及有效降低電子與離子的能量 就成為了人們不斷追求的一個目標，因為只有在這樣的條件下，才可以制備出 高質量的薄膜，所以磁控濺射從傳統(tǒng)的平衡磁控濺射發(fā)展到非平衡磁控濺射，這一技術大大促進了磁控濺射薄膜制備技術的應用。但從總體上考慮，這一技術仍然是不足的，因為它對上述問題的改善仍然是有限的，而且也沒有很好解決濺射放電等離子體空間分布均勻性的問題，這樣也不利于制備大面積均勻薄膜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要是在傳統(tǒng)的非平衡磁控濺射的基礎上，加入ICP增強電離與會
切磁場約束，提高了放電等離子體密度與濺射產(chǎn)物電離度，改善了放電等離子體空間分布均勻性。
本發(fā)明的技術方案是放電主題為一非平衡直流磁控濺射裝置，上蓋板為磁控濺射陰極，在陰極板下方安裝磁控濺射靶，為導磁導電材料，尺寸(j)12cm。磁控放電是直流放電，電源功率2.0kW，電壓在0-5.0 kV連續(xù)可調。在陰極板上方中心處安裝一永磁鐵，尺寸為(f)2.6cm，然后通過變徑收縮成cj)1.0cm，外磁極距中心磁極4.5cm，呈環(huán)狀結構，它們的表面磁場強度都為3000 Gs。通過一絕緣支撐，在陰極下方安裝磁控濺射陽極。在非平衡磁控濺射陽極下方接一石英玻璃桶，規(guī)格為(()15cmX16cm。在距非平衡磁控濺射外磁鐵環(huán)徑向外3.2cm下方3.2cm處在石英玻璃桶外壁安裝外加環(huán)狀第一永磁鐵環(huán)，表面磁場強度3000Gs，在外加第一永磁鐵環(huán)下方4.0 cm與8.0cm處再分別加入外加第二與第三環(huán)狀永磁鐵，表面磁場強度3000Gs，這樣，非平衡磁控濺射的環(huán)狀永磁鐵與外加第一環(huán)狀永磁鐵形成閉合磁場，從而在整個放電室形成閉合的約束磁場來有效約束磁控放電等離子體。在外加第一與第二永磁鐵環(huán)之間加入ICP增強電離的第一匝射頻線圈，在外加第二與第三永磁鐵之間加入ICP增強電離的第二匝射頻線圈，在外加第三永磁鐵之間與下方真空室之間加入ICP增強電離的第三匝射頻線圈。射頻線圈用銅管做成，內(nèi)部通水進行水冷。射頻線圈的上方接功率輸出端，而下方接地。放電室用組合真空泵抽氣，本底真空可達3.0x10—3Pa。
本發(fā)明的效果在于由于釆用ICP增強電離，所以磁控濺射物流的電離率被提高；由于采用了會切磁場與非平衡磁控濺射磁場耦合，在整個放電室形成
了閉合磁場分布，可以有效減少電子向放電壁的擴散損失，從而進一步提高了放電等離子體密度與濺射產(chǎn)物電離度，降低了等離子體電位，從而降低了離子對制備薄膜的輻射損傷，并且改善了放電等離子體在徑向空間分布的均勻性。在施加偏壓的基礎上，可以控制薄膜生長特性，改善薄膜的質量，制備出符合要求的薄膜，而且制備的薄膜均勻性也得到了改善。


附圖是會切磁場約束icp增強電離的非平衡磁控濺射薄膜沉積裝置的結構
示意圖。
圖中
101. 非平衡濺射磁鐵，外部是環(huán)狀磁鐵，內(nèi)部為一圓柱磁鐵，形成非平衡
磁場分布。
102. 濺射靶，可以是任何導磁導電材料。
103. 磁控濺射陽極，也是接地電極。
104. 增強電離射頻線圈， 一共三匝，分布在外加永磁鐵環(huán)之間。
105. 外加的永磁鐵環(huán)， 一共三組，最上面一組與非平衡磁控濺射磁鐵磁場形成閉合，最后在整個真空室形成一閉合磁場。
106. 磁控濺射電源，是直流電源。
107. 樣品臺，是薄膜制備的樣品支撐臺，可以對樣品施加偏壓。
108. 抽真空閥蘭，與真空設備相接。
具體實施例方式
以下結合技術方案和附圖，詳細敘述本發(fā)明的具體實施方式
。
關閉進樣室，開始通過108 口抽真空。先用機械泵通過真空管道抽本底真空到2-5 Pa，此時可以開啟分子泵，進一步抽本底真空到3x10—3 Pa，這時通過氣體流量計送入高純氬氣(在真空室上部加入，在圖中沒有表示出來)，使真空室達到工作氣壓。工作氣壓范圍一般在0.1-5.0 Pa之間，這需要針對不同的制備薄膜來確定。當氣壓達到要求時，就可以開啟磁控濺射電源106。起先的擊穿電壓會比較高，而且放電也可能不穩(wěn)定，有時伴隨著一些火花放電，這通常是由于濺射靶表面有一層氧化物薄膜所致，當放電時間足夠長時，這種現(xiàn)象就會消失。所以當我們制備薄膜時，通常需要對濺射靶102進行這樣的放電預處理，然后再裝入樣品，否則樣品容易被污染。當放電趨于穩(wěn)定后，關閉磁控放電，打開真空室，首先把清洗好的樣品放置在圖中樣品臺107。然后開啟ICP放電，調整射頻匹配，使反射功率降到零，輸入功率達到200 W，這時在樣品臺107上施加一高的偏壓，這樣做的目的是為了對樣品進行濺射清洗，通常施加的偏壓在200-1000 V之間，更大的偏壓會導致離子注入效應的加強。偏壓可以采用直流偏壓也可以采用脈沖偏壓。清洗時間一般在5-10 mins。當清洗完畢后，把偏壓電源的值降低， 一般達到50-100 V。過高的偏壓會導致離子轟擊效應的加強，會對沉積薄膜造成損傷，所以不利于制備高質量薄膜。然后開啟磁控濺射電源，選取合適的放電參量，使磁控放電與射頻放電能有一最佳配合。這時就開始了薄膜的制備。實施例
選取氬氣(純度99.999n/。)為工作氣體，工作氣壓為1.5xl0—1 Pa，濺射靶為銅靶。
1. 安裝濺射銅靶，關閉真空室，開始抽真空至3xl(^Pa。
2. 開始磁控濺射放電，所加磁控濺射電壓大于300 V時，氣體被擊穿，形成磁控濺射放電，直流放電電流可以達到200 mA，執(zhí)行一段時間，使放電變得穩(wěn)定。
3. 打開真空室，把清洗好的尺度為20X20mm的單晶硅放置在樣品臺上，關閉真空室，開始抽真空至3xl(^Pa，然后通入氬氣至真空度1.5xlO"Pa。
4. 開啟ICP放電，使射頻輸入功率達到200 W。
5. 在樣品臺上施加一脈沖偏壓，脈沖峰值電壓為1500V，脈沖頻率1.0kHz，占空比為50%，對襯底進行表面清洗5.0 mins。
6. 降低脈沖偏壓至100V，再開啟磁控濺射放電，放電電壓250 V，放電電流為210mA。
7. 開始進行薄膜沉積，沉積時間為1.0h，然后進行沉積銅膜檢測，所制備的為納米尺度的的多晶銅膜，厚度可以達到600 nm。
權利要求
1. 一種會切磁場約束ICP增強電離的非平衡磁控濺射薄膜沉積裝置，其特征在于裝置主體為一非平衡磁控外加ICP增強電離與會切磁場約束。在非平衡磁控濺射靶與樣品臺之間加入ICP增強放電，在非平衡磁控濺射靶下方分別加入三圈環(huán)狀永久磁鐵，與非平衡磁控濺射磁場閉合，沿放電室器壁產(chǎn)生一閉合磁場分布。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種會切磁場約束ICP增強電離的非平衡磁控濺射薄 膜沉積裝置，其特征在于在非平衡磁控濺射外磁鐵環(huán)徑向外3.2cm下方3.2 cm處加入外加環(huán)狀第一永磁鐵環(huán)，表面磁場強度3000 Gs，在外加第一永磁 鐵環(huán)下方4.0 cm與8.0cm處再分別加入外加第二與第三環(huán)狀永磁鐵，表面磁 場強度3000 Gs。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種會切磁場約束ICP增強電離的非平衡磁控濺射薄 膜沉積裝置，其特征在于在外加第一與第二永磁鐵環(huán)之間加入ICP增強放 電第一匝射頻線圈，在外加第二與第三永磁鐵之間加入ICP增強電離的第二 匝射頻線圈，在外加第三永磁鐵之間與下方真空室之間加入ICP增強電離的 第三匝射頻線圈；射頻線圈用銅管做成，內(nèi)部通水進行水冷。
全文摘要
本發(fā)明屬等離子體薄膜沉積技術領域，涉及會切磁場約束ICP增強電離的非平衡磁控濺射薄膜沉積裝置。其特征在于，裝置主體為一非平衡磁控；在非平衡磁控濺射靶與樣品臺之間加入ICP增強電離放電，使磁控濺射產(chǎn)物電離度得到有效提高；在非平衡磁控濺射靶下方分別加入三圈環(huán)狀永久磁鐵，與非平衡磁控濺射磁場閉合，沿放電室壁產(chǎn)生一閉合磁場分布，有效約束放電等離子體，進一步提高磁控濺射產(chǎn)物電離度，改善放電等離子體空間分布的均勻性；本發(fā)明的效果在于，在大大提高了非平衡磁控濺射放電等離子體密度與空間分布均勻性的基礎上，利用該裝置可以制備出高質量薄膜。
文檔編號C23C14/35GK101476110SQ20091001011
公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月13日 優(yōu)先權日2009年1月13日
發(fā)明者任春生, 張家良, 王友年, 王德真 申請人:大連理工大學